0 引言

水库地震监测是我国地震监测的重要组成部分。水库蓄水以及库区水位的反复变动可能引发地震，而在地震地质环境复杂、地震活动性较强的地区，可能发生较强烈的水库地震。如1962年3月19日发生的新丰江6.1级水库诱发地震，给新丰江水库大坝造成较大破坏，引起我国水利水电部门和地震监测部门的高度重视，从而促进了我国水库地震监测的发展和对水库诱发地震危险性评价的研究。遵循水库规模和可能诱发地震的大小而建立相应规模的监测台网，并开展预测研究的原则，几十年来，全国各水利水电工程纷纷建立水库地震监测台网，并开展水库地震监测研究，如丹江口、龙羊峡、二滩、隔河岩、小浪底、水口、漫湾、天生桥、小湾和长江三峡等水库，均建立了专用地震监测台网。

红水河水能丰富，随着红水河梯级水电站的陆续建成，水库地震监测台站（台网）也在陆续建设，同时开始对水库诱发地震进行监测，并对诱发地震危险性进行分析研究。

1 红水河梯级水电站

红水河流域是中国西江水系的一段主要干流，水量丰富，落差大，水能蕴藏量大。上游为南盘江，发源于云南省沾益区马雄山，至三江口纳入支流黄泥河后出云南省境，沿贵州、广西省界东流至双江口北盘江，后始称红水河，过天峨县至来宾市兴宾区，在象州县与柳江汇合后改称为黔江，在桂平市与郁江汇合称为浔江，过梧州改称为西江。

红水河流域南盘江下游到黔江的大藤峡河段，全长1 470 km，落差760 m，建设天生桥一级、天生桥二级、平班、龙滩、岩滩、大化、百龙滩、乐滩、桥巩、大藤峡共10个水电站（杨荣耑，1999）。其中天生桥一级、天生桥二级、平班水电站在南盘江上，龙滩、岩滩、大化、百龙滩、乐滩、桥巩水电站在广西红水河上，大藤峡水电站在广西黔江上。红水河梯级水电站按一定的优化顺序进行开发建设，各水电站建设参数见表 1。依据库容大小，将红水河流域梯级水电站分为5档，其中：①库容大于10⁹ m³的大Ⅰ型水库有4个，为天生桥一级、龙滩、岩滩、大藤峡水电站；②库容大小在10⁸-10⁹ m³之间的大Ⅱ型水库有5个，为平班、大化、百龙滩、乐滩、桥巩水电站；③库容大小在10⁷-10⁸ m³的中型水库为天生桥二级水电站。在红水河流域10个梯级水电站中，龙滩、天生桥一级、岩滩水电站的最大坝高均100 m以上，而龙滩水电站坝高达217 m，百龙滩水电站坝高仅26 m（表 1）。

2 水库地震监测台网 2.1 水库地震监测概况

水库诱发地震往往与坝高、库容、岩性等背景有关（常延改等，2018），特别是高坝大型水库建成后，有可能影响库区及周边地区的地震活动性，甚至诱发中强以上破坏性地震。水库地震具有震源浅、烈度大的特点，因此，大型水电工程在可行性研究阶段，必须进行地震安全性评价，对于有诱发中强以上水库地震可能性的工程，还应在建设阶段开展诱发地震的监测和预测。按照《水利水电工程地质观测规范》《水工建筑抗震设计规范》《水库地震监测管理办法》（中国地震局第9号令）和《水库地震监测技术要求》（GB/T 31077-2014）等相关规范标准，根据水库诱发地震的危险性评价，特别是在坝高大于100 m且库容大于5×10⁸ m³的新建水库，应建设相应规模的水库地震监测台网，对库区及周边地区进行水库地震监测。

在红水河梯级水电站水库地震监测中，先后建设岩滩、天峨、大化、乐滩（忻城）、贡川、百马等水库地震监测台站，其中乐滩地震台于2006年升级改造后更名为忻城地震台，贡川、百马地震台为2018年大化库区增建地震监测台站；先后建设了天生桥一级、龙滩、岩滩、大藤峡水库地震监测台网，其中大藤峡水库地震监测台网正在建设中。岩滩、天峨、大化地震台是红水河流域建设较早的水库地震监测台站，于20世纪80年代建成，积累了丰富的水库诱发地震监测资料。在后期建设的水库地震台网中，岩滩、天峨地震台作为遥测子台，分别并入岩滩、龙滩地震监测台网的整体架构中。红水河梯级水电站水库地震监测台站及台网建设见表 2、表 3。平班、百龙滩、桥巩水电站因库容小，坝高不大，未建设相应地震台站。红水河流域梯级水电站水库地震监测台站分布见图 1。

2.2 水库地震监测台网的发展

我国水库地震监测发展历程如下：从人工值守到遥测，从借用天然构造地震观测设备到研制水库地震专用设备，从分散记录到集中记录，从单台到组网，从模拟记录手工处理到计算机数字化处理等，历经一系列变化，取得一系列进步（杨晓源，1999）。红水河梯级水电站水库地震监测也经历了人工值守到遥测、单台到多台组网、模拟化记录到数字化记录的发展过程。特别是近20年来，随着计算机技术和通信技术的快速发展，红水河梯级水电站水库地震观测专业设备、台站传输及组网方式发生了巨大变革。

在早期模拟化观测阶段，如岩滩、天峨、大化地震台，主要采用中国地震局地球物理研究所生产的DD-1型短周期地震仪进行记录，三分向不同体结构，频带1-20 Hz的记录幅值平坦，水库地震高频成分记录不完整。到了数字化观测阶段，水库新建地震台站均采用扩展高频带宽的水库数字专用地震设备，如龙滩、岩滩、大藤峡水库地震监测台网，主要采用北京港震科技股份有限公司生产的FSS-3B、FSS-3M或GL-CS2高灵敏度短周期地震计，三分向一体化结构，频带范围主要在1-50Hz，较完整记录了水库地震的高频成分。在模拟记录期间，主要采用中国地震局地球物理研究所生产的DJ-1或DJ-2型记录器，生成显示在滚筒纸上的线性记录。在数字化记录阶段，主要采用北京港震科技股份有限公司生产的EDAS系列24位高精度AD转换数据采集器，具有高分辨率、大动态、低延时等特点（EDAS系列数据采集器经历了串口低存储到网口大存储的变化）。

数据传输方式的变革，实现了地震台站从有人值守到无人值守的转变。早期建设的岩滩、天峨、大化水库地震监测台站，在模拟化记录期间，需有人值守，进行换墨或换滚纸操作。经国家“十五”重点项目数字化改造，通过专用光纤线路、ADSL网络宽带或无线网络VPDN等方式，将数据回传至地震台网中心，实现了台站数据的远程实时监控、分析处理及存储。通信技术的发展，提高了台站信道传输效率。在移动通信技术下，直接采用地震台站到台网中心的IP流技术，使用3G或4G无线网络传输组网，如：2012年建成的岩滩水库地震监测台网采用3G无线网络组网，2020年建成的大藤峡水库地震监测台网采用4G无线网络组网，结构简单，便捷省事。

3 红水河水库地震监测台网建设历程

随着红水河梯级水电站水库地震监测台网的逐年建设，经验越来越丰富，技术越来越成熟，并在此基础上不断发展，着重提高库区重点部位的监测能力，并进行升级改造，以解决制约台网发展的问题。下文将详细介绍天生桥一级、龙滩、岩滩和大藤峡水库地震监测台网的建设和发展历程。

3.1 天生桥一级地震遥测台网

天生桥一级水电站位于广西隆林县和贵州安龙县交界的南盘江畔，是红水河流域梯级电站的龙头电站，大坝为混凝土面板堆石坝，是我国目前已建成的特大型面板堆石坝之一。该水电站坝址位于大湾上游1 km处，最大坝高178 m，总库容102.57×10⁸ m³，装机容量120×10⁴ kW。

天生桥一级地震遥测台网包括测震遥测台网和大坝强震动监测台网。测震台网由5个遥测子台、1个中继站和1个台网中心组成，于1997年底建成运行。5个遥测子台分别为马打坟、物资仓库、岩场、达居、土井大山，均为单分向记录；中继站兼做遥测子台，为三分向记录；台网中心包括1个低倍率的中心地震台，为三分向记录（胡松，2003）。遥测子台采用超短波信道模拟遥测地震技术，即遥测子台采用模拟记录，在台网中心对地震信号数字化，然后对地震事件进行实时处理。该台网台站分布见图 2。

测震台网于2002年12月开始实施数字化改造，2003年1月完成改造。遥测子台使用的地震仪由JC-100型短周期地震计和DJ-2短周期地震记录器改为FSS-3B三分向短周期地震计和EDAS-L24数据采集器。台网布局基本保持不变。取消接收中心子台，因为物资仓库子台改为数字记录，其动态范围增大，不需要由接收中心子台来提高整个台网的动态范围。遥测信道继续采用超短波信道，增加达居和岩场子台的信道储备，提高数字地震子台数据传输的可靠性。数字化改造后，台网监控能力达M_L 0.8，较好记录了2003年7月17日和2004年5月25日天生桥水电站大坝面板挤压破损事件。

2016年11月测震台网再次升级改造。在地震专业设备上，5个遥测子台全部使用GL-S2短周期地震计和EDAS-24GN数据采集器；在数据传输方式上，马打坟、物资仓库台采用网络电台传输，岩场、达居、土井大山台改采用4G无线网络传输。土井大山台因附近微波站撤除、台站遭雷击及维护管理交通困难等情况，搬迁至林场口。

天生桥一级水电站大坝强震监测台网始建于2001年，由13个观测站组成，大坝下游坝坡10个，左右坝肩各1个，坝下游自由场1个。观测站配备PA-1型加速度计和EDS型工程数字地震加速度记录仪。2003年进行数字化改造，采用BBAS-2型三分向加速度计，按照每4个观测点为1组配备1台12通道的DAR-12数据采集器；在坝下游自由场则配备1台GSMA-2400数字强震记录仪。2014年1月强震观测台网再次进行升级改造，13个观测点全部使用GL-A2加速度计和EDAS-24GN数据采集器，采用光纤通信。

3.2 龙滩水库地震监测台网

龙滩水电站位于红水河上游的广西天峨县境内，是目前中国内地仅次于长江三峡电站及金沙江溪洛渡电站的特大型水电工程。龙滩水电站是一座典型的高山狭谷河道型高坝大库容水库，最大坝高217 m，正常蓄水位400 m，总库容273×10⁸ m³，装机容量630×10⁴ kW。

龙滩水库地震监测台网由库区测震台网和大坝强震动监测台网组成。测震台网于2001年开工，2005年12月建成并试运行。监测台网由10个高灵敏度子台（含天峨地震台，新建坪上寨、八广、仁顶、甲龙、里纳、凉风坳、坡皇洞、小苗坡、罗甸9个子台）、2个信号中继站（仁顶、陇麻坡中继站）和1个台网中心组成。台网对Ⅰ类重点监测区（坝上20 km至坝下5 km范围）的可定位震级下限优于M_L 0.5（姚宏等，2008）。水库地震台网监测能力及台站分布见图 3。因子台多，且台站海拔高度差异大，新建遥测子台主要采取无线超短波传输和二级中继站Canopy无线宽带接入相结合的方式传输数据（姚宏等，2007）。2007年7月17日在天峨县坡结乡发生M_L 4.5水库诱发地震，为重点监视坝首区地震活动，2008年10月在大坝附近增建向阳、杠里2个遥测子台，最终形成12个遥测子台的水库地震台网。2014年4月对台网信道进行改造，撤销原有的陇麻坡中继站，将仁顶中继站（兼子台）信号直接传送到龙滩台网中心。2019年对已运行14年的龙滩水库地震监测台网进行升级改造，对坪上寨、八广、仁顶、甲龙、里纳、凉风坳、坡皇洞、小苗坡、罗甸9个子台的摆房及围墙等基础设施进行修缮，升级台站观测专业设备，更换台站数据传输方式。对甲龙台实施搬迁以解决台站路途远、维护难及长期供电不足等问题。

龙滩大坝强震动监测台网建设于2005年，结合龙滩水电站大坝的地质构造、地理位置等因素，分别在坝体不同坝段及不同高程布设9个强震动观测台站，在大坝下游约2倍坝高距离的左右两岸自由场地各布设1个强震动观测台站。11个观测台站采用SLJ-100强震动加速度计和GDQJ-Ⅱ记录器进行观测和记录。2009年5月在大坝上游附近的向阳镇及坡结乡新增2个自由场强震动台站，最终形成由13个强震动观测台站组成的龙滩大坝强震动监测台网。向阳、杠里自由场强震动台站与测震台共用同一摆房，采用BBAS-2加速度计和EDAS-24IP数据采集器进行数字记录，采用3G无线网络传输方式进行数据传输。龙滩大坝强震动观测点具体位置和传输方式等可参见蒙陆斌等（2015）的研究。大坝强震动监测台网较好记录了2010年9月18日广西天峨和贵州罗甸交界M_L 4.8地震，并根据坝址区自由地表峰值加速度评估地震对大坝的影响，发现其破坏力在抗震设防能力安全范围内。

3.3 岩滩水库地震监测台网

作为红水河第五梯级水电站，岩滩水电站位于红水河中游，最大坝高110 m，水库正常蓄水位223 m，总库容为33.5×10⁸ m³。岩滩水电站建设初期，为监视库区地震活动，于1982年5月建设岩滩地震台，并于2004年11月升级扩建为数字地震台。岩滩水电站为大Ⅰ型水电工程，存在水库诱发地震的危险。为确保岩滩二期扩建工程施工和水库的长期安全运行，2010年8月立项建设岩滩水库地震监测台网。

岩滩水库地震监测台网于2012年7月建成并投入试运行。该台网由6个遥测子台（含岩滩地震台，增设1套短周期地震计，新建凤凰、板升、七百弄、盘当、都阳5个子台）、3个强震动观测台站和1个台网中心组成。遥测子台配备FSS-3M短周期地震计和EDAS-24IP数据采集器，主要通过3G无线网络进行数据传输，采用太阳能供电。台网的技术系统组成详见孙学军等（2016）的文献。强震动观测台站分别设置在大坝230廊道26坝、206廊道出口处附近、133廊道16坝竖井附近，采用英国Guralp公司生产的CMG-5TD一体化加速度计进行强震记录，主要依靠中国移动GPRS无线网络信道进行数据传输。岩滩水库地震台网监测能力及台站分布见图 4，可见坝首区可定位震级下限为M_L 0.5。

3.4 大化水库地震监测台网

大化水电站是国家红水河综合利用规划的第六级电站，也是红水河流域上建成投产的第一座大型水电站。为监视库区地震活动，大化测震台于1982年4月建成并投入使用，较好记录了1993年2月10日大化县贡川乡M_L 4.9水库诱发地震。为保障大化水库库区的生产生活安全，根据库区地震活动分布，综合周边原有地震台站，在2017年，对大化库区地震监测台站进行扩建，增建贡川、百马测震台站，形成三角形监测台网，台站分布见图 5。贡川、百马测震台使用北京港震科技股份有限公司生产的GL-CS2型地震计和EDAS-24GN数据采集器进行地震记录，采用4G无线网络，将台站记录数据实时传输至广西地震台网中心，采用太阳能供电。

3.5 大藤峡水库地震监测台网

大藤峡水库为大Ⅰ型水库，位于红水河流域下游西江水系黔江河段大藤峡峡谷出口处。大藤峡水电站最大坝高80 m，正常蓄水位61 m，水库总库容为34.79×10⁸ m³。大藤峡水利枢纽地震监测台网拟新建9个微震监测台站（分别为蒙圩、龙潭、石龙、碧滩、东博、黄茆、四通、禄新、南泗）、4个强震动监测台站（为蒙圩、龙潭、东博、黄茆台，与微震监测台站共用台房、基墩）和1个地震台网中心。台站采用4G无线网络传输数据，利用太阳能供电。台网于2019年8月开工，于2020年4月建成并试运行。台网建成后，重点监测区地震监测能力将达到M_L 0.5。微震监测拟采用北京港震科技股份有限公司生产的GL-CS2型地震计，强震动观测采用BBAS-4型号地震计，均使用EDAS-24GN数据采集器记录数据，其中，强震动监测台站数据采集器为6通道，其余台站数据采集器为3通道。微震监测台站分布见图 6。

红水河梯级水电站各水库地震台网的发展主要是台站观测系统的不断升级更新，包括仪器设备的新旧更换、传输方式的变革及台站供电系统的升级改造，以适应地震监测的不断发展，保障地震数据的完整可靠。各台网（站）升级改造统计信息见表 4。

4 水库地震活动记录

光耀华(1992, 1996)就大化岩滩水库、史水平等(2009, 2010)就龙滩库区、李杰富等（2002）和胡松（2003）对天生桥一级库区等蓄水初期水库诱发地震活动性在强度、频度和空间分布等方面进行了分析。水库蓄水后，因库水载荷变化作用，库区地震活动明显增强。在时间分布上，水位快速上升或下降后1月内，容易发生中强震，特别是在水位急剧上升或急剧下降时，库区小震发生频次明显增加；在空间分布上，库区地震主要发生在库水荷载影响范围内，且相对集中在一定范围之内，特别是在库首及邻近地区。红水河梯级水库地震台网（站）的建立，可较好地监测并记录库区地震活动，对水库地震活动研究提供了强大的数据支撑，对研究水库诱发地震机理及评估水库诱发地震对库区大坝灾害影响具有重要作用。红水河梯级水电站水库地震监测台网（站）库区地震活动记录见表 5。

5 存在的问题与讨论

红水河流域中的天生桥一级、龙滩、岩滩水库地震监测台网已运行多年，在运行维护中发现：观测基础设施出现不同程度的老化和破损，地震专业设备使用周期过长，部分型号的设备已停产，数据传输信道受限或通道拆除，台站供电系统损坏，等等。以上因素给台站运行维护带来较大困难。台站设备故障率越来越高，数据连续率和观测质量不断下降，水库地震监测台网迫切需要进行升级改造，以解决制约台站观测发展的诸多问题，确保地震台网的正常运行。因此，天生桥一级、龙滩水库监测台网进行了多次升级改造，而运行8年的岩滩水库监测台网也面临着升级改造的需求。

水库地震监测台网由企业投资建设，一般由公司内部自行管理维护或以购买服务方式委托代管，如：天生桥一级水库地震遥测台网由公司水工部人员负责日常的运行维护；龙滩、岩滩、大化、乐滩水库地震台网（台站）则由广西壮族自治区地震局负责运行管理；新建成的大藤峡水库地震台网也由广西壮族自治区地震局负责运行管理。因运行管理部门不在同一系统，信息交流和数据共享不够通畅，对顺畅开展地震研究工作有一定影响。

流域化统一管理是梯级水电站水库地震监测台网管理的一种探索实践，集结流域范围内所有地震监测台站数据，并流入同一服务器，实行统一标准管理。如：雅砻江梯级水库地震监测系统的流域化监测管理（柳存喜等，2019），可实现水库地震监测台站统一的实时远程监测，使得运行管理效率提高，运行维护成本减少。红水河梯级水电站水库地震台网（站）流域化的监测管理，有助于梯级水电站各水库地震监测台网（站）的相互合理衔接和共享，提升监测精度，也有助于单体水库的重点监测研究或大范围高精度的监测研究。这种流域化统一管理模式值得深入探索和实践研究。

6 结语

红水河梯级水电站的开发建设及相应水库地震监测台网（站）的建设发展，对研究水库诱发地震的发生机理及评估水库诱发地震对库区大坝的灾害影响具有重要作用，为库区的生命安全和生产生活提供了重要保障。20世纪80年代早期，红水河流域仅有岩滩、大化、天峨3个水库地震监测台，目前已建设天生桥一级、龙滩、岩滩、大化和大藤峡5大监测台网共36个微震观测台、33个强震动观测台站。台站历经有人值守到遥测、记录的模拟化到数字化、单个台站到高密度多台成网监测的发展过程。水库地震台网的建设经验越来越丰富，技术也越来越成熟，不同时间段建成的天生桥一级、龙滩、岩滩、大藤峡等水库地震监测台网，在台站专业设备、通信技术和组网方式等方面不断完善优化，已发展成为思路清晰、组网方便、功能完备的现代专业水库地震监测台网。

水库蓄水后，因库水载荷的变化作用，库区地震活动性明显增强。主要特征表现为：①在时间特征上，水位急剧上升或急剧下降时，库区小震发生频次明显增加，且一般在水位快速上升或下降后1月内，容易发生中强震；②在空间分布上，水库诱发地震相对集中发生在库首及邻近地区。水库地震监测台网（站）的建设，较好地监测并记录了水库蓄水后的诱发地震活动，为库区地震活动性分析提供了丰富数据。

天生桥一级、龙滩、岩滩水库地震监测台网已连续运行多年，监测台站面临着不同程度的升级改造需求。流域化统一管理模式的探索和实践，将会打破单一水库地震监测信息资源共享受限的局面。